煤礦采煤方法與采煤工藝

1、采煤方法與采煤工藝,授課課件,主要內(nèi)容,第一節(jié) 采煤方法概述 第二節(jié) 采煤工藝 第三節(jié) 采煤工作面循環(huán)工作組織 第四節(jié) 采煤方法 第五節(jié) 采煤系統(tǒng)分析,第一節(jié) 采煤方法概述,采煤方法概念 回采工作在采煤工作面內(nèi)，為采取煤炭所進(jìn)行的各項(xiàng)工作 。 基本工序：破煤、裝煤、運(yùn)煤、支護(hù)和采空區(qū)處理。 采煤工藝在采煤工作面內(nèi)，按照一定順序完成各項(xiàng)工序的方法及其配合。 采煤系統(tǒng)回采巷道的掘進(jìn)和回采工作之間在時間上的配合以及在空間上的相互位置關(guān)系。 采煤方法是采煤系統(tǒng)與采煤工藝的綜合及其在時間和空間上的配合。兩者之間相互影響相互制約。,采煤方法分類,采煤方法分為：露天開采和井工開采。 井工開采可分為：柱式體系

2、和壁式體系兩種。 壁式體系采煤法 壁式體系采煤法一般以長壁工作面采煤為主要特征，是目前我國應(yīng)用最普遍的一種采煤方法，其產(chǎn)量約占到國有重點(diǎn)煤礦產(chǎn)量的95%以上。,采煤方法分類,壁式采煤法的特點(diǎn)： 工作面的兩端至少各布置一條回采巷道，用于通風(fēng)和運(yùn)輸。 工作面長度一般80-250米，目前國內(nèi)最長400米。 隨著工作面的推進(jìn)及時處理采空區(qū)，一般采取全部垮落法管理頂板 工作面通風(fēng)狀況良好。,壁式體系采煤法的類型 按采煤工藝分類： 爆破采煤法、普通機(jī)械化采煤法、綜合機(jī)械化采煤法 按采空區(qū)處理方法分: 全部垮落采煤法、煤柱支撐(刀柱)采煤法、充填采煤法 按工作面布置和推進(jìn)方向分: 走向長壁采煤法、傾斜長壁采

3、煤法（俯斜，仰斜）,采煤方法分類,柱式體系采煤法 柱式體系采煤法又稱為短壁體系采煤法，是以房、柱間隔采煤為主要特征，常見的有巷柱式、房式、房柱式采煤法。 現(xiàn)代短壁機(jī)械化開采技術(shù)的成功應(yīng)用，逐漸引起大家的關(guān)注。,采煤方法分類,采煤方法分類,柱式采煤法的特點(diǎn)： 工作面長度較短，一般10-30m,工作面數(shù)目較多。 需要開掘大量的巷道，掘進(jìn)率高。 一般沒有處理采空區(qū)工序。 工作面通風(fēng)條件較差，采出率低。,水平分層,采煤方法分類,選擇采煤方法的原則 1、技術(shù)先進(jìn) 2、經(jīng)濟(jì)合理 3、生產(chǎn)安全 以上三個基本原則是密切聯(lián)系、相互制約，在選擇時應(yīng)當(dāng)綜合考慮。,采煤方法選擇,煤層傾角、厚度,礦井瓦斯等級,煤層及圍

4、巖特性,煤層地質(zhì)構(gòu)造,煤層水文地質(zhì)條件,煤層自燃發(fā)火傾向性,地質(zhì)因素,技術(shù)發(fā)展及裝備水平,礦井管理水平,工人掌握先進(jìn)技術(shù)的水平,影響采煤方法選擇的因素,地溫、地壓,煤塵的爆炸危險(xiǎn)性,長壁采煤工作面的工藝方式： 炮采：爆破落煤、人工裝煤、機(jī)械化運(yùn)煤、單體支架支護(hù)。 普采：采煤機(jī)落煤裝煤、機(jī)械化運(yùn)煤、單體支架支護(hù)。 綜采：破、裝、運(yùn)、支、處等主要工序全部采用機(jī)械化連續(xù)作業(yè)。,第二節(jié) 采煤工藝,三種采煤工藝： 爆破采煤工藝方式 解放后至60年代初為主 普通機(jī)械化采煤工藝方式 60年代初至70年代中期為主 綜合機(jī)械化采煤工藝方式 70年代中期以后為主,長壁采煤法的采煤工藝,炮采工藝,工藝過程： 打眼、

5、放炮落煤和裝煤、人工裝煤、刮板輸送機(jī)運(yùn)煤、移置輸送機(jī)、人工支架和回柱放頂?shù)戎饕ば颉?炮采工藝,一、爆破落煤 爆破落煤由打眼、裝藥、填炮泥、聯(lián)炮線及放炮等工序組成。 炮眼布置：單排眼 雙排眼 三排眼 二、裝煤與運(yùn)煤 1）、爆破裝煤：爆破后刮板輸送機(jī)貼近煤壁，利于裝煤。 2）、人工裝煤：人工攉煤。 3）、機(jī)械裝煤：在輸送機(jī)煤壁側(cè)裝有鏟煤板。,炮眼布置圖 a單排眼 b對眼 c三角眼 d三花眼 e五花眼,炮采工藝,炮采工藝,三、工作面支護(hù) 主要采用金屬支柱和鉸接頂梁支護(hù)，單體液壓支柱。主要有兩種：正懸臂齊梁直線柱（圖a）和正懸臂錯梁三角柱（圖b）,普采工藝,工藝過程： 采煤機(jī)破煤裝煤刮板輸送機(jī)運(yùn)煤單

6、體支柱加金屬頂梁支護(hù) 破煤和運(yùn)煤 滾筒采煤機(jī)：單滾筒、雙滾筒 采煤機(jī)結(jié)構(gòu)：截割部、牽引部、動力部、輔助裝置 牽引方式：機(jī)械牽引、液壓牽引、電牽引（傳動） 鋼絲繩、有鏈牽引、無鏈牽引（行走）,普采工藝,采煤機(jī)割煤方式： 單向割煤，往返進(jìn)一刀； 雙向割煤，往返進(jìn)兩刀； “”字形割煤、往返一刀,采煤機(jī) 簡介：,（1）滾筒采煤機(jī)構(gòu)造 滾筒采煤機(jī)主要由： 截煤部、牽引部、電動機(jī)及輔助裝置組成。 它的類型較多，分為單滾筒和雙滾筒兩種。 A. 單滾筒采煤機(jī)：功率小、生產(chǎn)能力低，適用于采高不大的中厚煤層。,采煤機(jī) 簡介：,B. 雙滾筒采煤機(jī)：功率較大、生產(chǎn)能力大、牽引速度高，適用于采高較大的中厚煤層。外形如下

7、圖所示：,采煤機(jī) 簡介：,雙滾筒采煤機(jī)一般是綜采工作面主要采煤機(jī)械。 滾筒式采煤機(jī)的截割部滾筒和截齒， 如圖所示。,采煤機(jī) 簡介：,刨煤機(jī) 刨煤機(jī)是根據(jù)刨削原理工作的淺截深(一次刨深在50100mm)采煤機(jī)。 刨煤機(jī)組：由刨煤機(jī)、可彎曲刮板輸送機(jī)、液壓推裝置和電氣控制等部分組成。在我國使用較少。,普采工藝,工作面運(yùn)煤： 一般采用刮板輸送機(jī)運(yùn)煤。 每隔6m設(shè)一個液壓千斤頂， 機(jī)頭機(jī)尾各3個。 彎曲段長度15m。,普采工藝,工作面支護(hù)： 支架布置方式：帶帽點(diǎn)柱、單體液壓支柱或磨擦式金屬支柱與鉸接頂梁組成的懸臂支架。 按懸臂頂梁與支柱的關(guān)系分為正懸梁和倒懸梁兩種； 按梁的排列特點(diǎn)分為齊梁式和錯梁式兩

8、種，為了行人和工人作業(yè)方便，工作面支柱一般排成直線狀。,普采工藝,單體支架正懸臂 與倒懸臂布置,支架齊梁式和錯梁式布置,普采工藝,控頂距： 當(dāng)工作面推進(jìn)一次或二次之后，工作空間達(dá)到允許的最大寬度，即最大控頂距。 及時回柱放頂，使工作空間只保留回采工作所需要的最小寬度，即最小控頂距。 最大控頂距與最小控頂距之差即為放頂步距。,普采工藝,采空區(qū)處理： 全部垮落法 全部充填法 局部充填法 緩慢下沉法 煤柱支撐法,綜采工藝,綜采歷史：自1974年從國外引進(jìn)50套綜采設(shè)備和78 年引進(jìn)的100套綜采設(shè)備開始，至今已有30多年的歷史。 發(fā)展經(jīng)歷：經(jīng)過了摸索起步、引進(jìn)提高、仿制創(chuàng)新、國產(chǎn)與引進(jìn)并重、自主生產(chǎn)

9、五個階段。,綜采工藝,綜采產(chǎn)量： 七十年代綜采面大致為20萬噸/年-面左右 八十年代綜采面大致為100萬噸/年-面左右 2005年兗州東灘礦綜采面生產(chǎn)了753萬噸/年-面 2005年神東上灣礦綜采面生產(chǎn)了1145萬噸/年-面 （神東礦區(qū)目前有10個超千萬噸的綜采面，實(shí)現(xiàn)了一井、一面、安全、高效的生產(chǎn)目標(biāo)，其中有2個超2千萬噸的綜采面。）,綜采工藝,綜采現(xiàn)狀：初步統(tǒng)計(jì)，全國已建成年產(chǎn)120萬噸以上的大型現(xiàn)代化煤礦434處，核定能力12.63億噸，占總核定能力的50.62%；其中建成了年生產(chǎn)能力超1000萬噸的特大型煤礦25處，核定生產(chǎn)能力3.4億噸。我國的安全高效礦井采煤機(jī)械化程度達(dá)到90%以上

10、，綜采程度達(dá)到85%以上，井工礦原煤全員工效達(dá)到106.34t/工；回采 工效540.29t/工 。,綜采工藝,綜采參數(shù)： 綜采面長150m400m 采煤機(jī)最大功率達(dá)2000kW， 刮板輸送機(jī)最大功率達(dá)3*1000kW， 液壓支架一般20t/架。 工藝過程： 采煤機(jī)破煤裝煤刮板輸送機(jī)運(yùn)煤液壓支架支護(hù)頂板,34,綜采工作面主要設(shè)備,液壓支架 雙滾筒采煤機(jī) 刮板運(yùn)輸機(jī) 橋式轉(zhuǎn)載機(jī) 膠帶輸送機(jī),綜采工作面 走向長壁 回采工藝圖,傾斜長壁 綜采工作面 采煤工藝,液壓綜采工作面 總布置 圖,綜采工藝,采煤機(jī)的割煤方式： 往返一次割兩刀、往返一次割一刀 液壓支架類型： 支撐式支架、掩護(hù)式支架、支撐掩護(hù)式支

11、架 液壓支架的移架方式 單架依次順序式；分組間隔交錯式；成組整體依次順序式。,綜采工藝,綜采工作面工序配合方式： 綜采面主要工序有三個：割煤、移架、推移輸送機(jī)，按照不同順序有兩種配合方式，即及時支護(hù)方式和滯后支護(hù)方式。,循環(huán)組織,循環(huán)作業(yè)：指采煤工作面周而復(fù)始地完成落煤、裝煤、運(yùn)煤、支護(hù)和采空區(qū)處理等工序的一種作業(yè)方式 。 循環(huán)標(biāo)志：回柱放頂（炮采、普采） 移架（綜采） 正規(guī)循環(huán)： 在規(guī)定叫間內(nèi)，按既定的工藝方式，保質(zhì)保量安全地完成一個循環(huán)的全部工序和工作量，并保持周而復(fù)始地進(jìn)行采煤工作的一種作業(yè)方法。 正規(guī)循環(huán)作業(yè)用循環(huán)圖表來表示。,循環(huán)組織的主要內(nèi)容,1、循環(huán)方式 循環(huán)方式是循環(huán)進(jìn)度和晝夜

12、循環(huán)次數(shù)的總稱。 環(huán)進(jìn)度：每完成一個循環(huán)工作面煤壁向前推進(jìn)的距離。炮采0.8-1.2m 普采、綜采0.6-1.0m。 2、作業(yè)形式：一晝夜內(nèi)采煤班與準(zhǔn)備班在時間上的配合方式。 三八制 四六制 3、采煤工作面循環(huán)作業(yè)圖表 循環(huán)圖表包括循環(huán)作業(yè)圖、工人出勤表和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)表三項(xiàng)主要內(nèi)容。,循環(huán)作業(yè)圖,工人出勤表,技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)表,薄及中厚煤層單一長壁采煤法,走向長壁采煤法：工作面沿傾向布置，沿煤層走向推進(jìn)。適用于采區(qū)式巷道布置。 傾斜長壁采煤法：工作面沿走向布置，沿煤層傾向推進(jìn)。工作面自下而上推進(jìn)時稱為仰斜長壁，工作面自上而下推進(jìn)時稱為俯斜長壁。適用于盤區(qū)式和帶區(qū)式巷道布置。,薄及中厚煤層單一長壁采

13、煤法,長壁采煤法示意圖 （a）走向長壁；(b）傾斜長壁（仰斜）；（c）傾斜長壁（俯斜） 1、2區(qū)段運(yùn)輸、回風(fēng)平巷；3采煤工作面；4，5分帶運(yùn)輸、回風(fēng)斜巷,單一煤層走向長壁采煤法采區(qū)巷道布置,生產(chǎn)系統(tǒng) 1）運(yùn)煤系統(tǒng) 2）運(yùn)料排矸系統(tǒng) 3）通風(fēng)系統(tǒng) 4）供電系統(tǒng) 5）壓氣及安全用水系統(tǒng),單一煤層走向長壁采煤法,適用條件： 近水平、緩斜、傾斜煤層； 薄及中厚煤層； 地質(zhì)構(gòu)造簡單，瓦斯涌出量小。,單一煤層傾斜長壁采煤法巷道布置,單一煤層傾向長壁采煤法,（一）仰斜開采與俯斜開采 1、仰斜開采：采面沿傾斜從下向上推進(jìn)采煤。 特點(diǎn)：1）水自流入采空區(qū)；2）煤壁穩(wěn)定性差；3）頂板穩(wěn)定性差，臨界角8 左右；4）

14、當(dāng) 時，采煤機(jī)偏離煤壁，輸送機(jī)易斷鏈；當(dāng) 時，采煤機(jī)不穩(wěn)定，易翻倒。 措施：輸送機(jī)設(shè)下部三角架，調(diào)平。 適用：頂板穩(wěn)定，煤質(zhì)較硬；頂板淋水大；煤易自燃需注漿；,單一煤層傾向長壁采煤法,2、俯斜開采：采面沿傾斜自上向下推進(jìn)采煤。 特點(diǎn)：1）水流入采面，工作條件差； 2）頂板相對穩(wěn)定； 3）煤壁相對穩(wěn)定，但裝煤效果變差； 4）機(jī)組不穩(wěn)定，易掉道。 適用：煤厚，傾角大，煤松軟易片幫，瓦斯大。 當(dāng) 5 仰斜與俯斜相結(jié)合的形式。,單一煤層傾向長壁采煤法評價,（二）傾斜長壁采煤法優(yōu)點(diǎn)： 1）巷道布置簡單，巷道掘進(jìn)及維護(hù)費(fèi)低，投產(chǎn)快。 2）運(yùn)輸系統(tǒng)簡單，占用設(shè)備少。 3）回采巷道沿煤掘進(jìn)，易固定方向，采面可

15、等長布置，利于生產(chǎn)管理。 4）通風(fēng)系統(tǒng)簡單，風(fēng)路短，通風(fēng)構(gòu)筑物少。 5） 對某些地質(zhì)條件的適應(yīng)性強(qiáng)。 6） 技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益顯著，采面單產(chǎn)增加，巷道掘進(jìn)率降低，采出率增加，工效提高 。,單一煤層傾向長壁采煤法評價,傾斜長壁采煤法缺點(diǎn)： （1）長距離傾斜巷道輔運(yùn)和行人困難； （2）當(dāng)前采掘運(yùn)機(jī)械設(shè)備不完全適應(yīng)傾斜長壁的要求； （3）大巷裝車點(diǎn)多，可設(shè)帶區(qū)，共用一個煤倉。 （4）下行回風(fēng) 注意監(jiān)測。 適用條件：適用于傾角在12以下煤層，采取措施后最大可達(dá)到17。,厚煤層采煤方法,厚煤層采煤方法： 分層開采 一次采全厚,放頂煤開采,大采高,厚煤層采煤方法分層開采,厚煤層分層間開采順序： 下行式和上行式

16、頂板管理： 下行式全部垮落法 上行式全部充填法 人工假頂： 金屬網(wǎng)假頂、塑料網(wǎng)假頂 再生頂板（4-6個月）,厚煤層采煤方法大采高,神東公司補(bǔ)連塔礦2003年大采高工作面年產(chǎn)原煤924萬t，采高4.5-4.8m; 神東公司上灣礦2004年大采高工作面年產(chǎn)原煤1075萬t，實(shí)際采高達(dá)到5.4m； 晉城煤業(yè)集團(tuán)2010年5月24日成功研制支護(hù)高度最高的7.6米礦井用液壓支架。 焦煤集團(tuán)2011年12月13日趙固二礦11050工作面成為焦煤集團(tuán)首個6.5米大采高綜采工作面，而且創(chuàng)下河南煤礦井下采高、支架支撐高度最高記錄。 晉煤煤業(yè)集團(tuán)2012年9月13日 成功研制出世界上支撐高度最高的8.2米大采高綜

17、采液壓支架 。,特點(diǎn)： 1、采高： 3.56.0m 2、設(shè)備 大功率、高強(qiáng)度、高可靠性機(jī)電一體化設(shè)備,厚煤層采煤方法大采高,大采高液壓支架,厚煤層采煤方法大采高,1）初采高度較小，一般為3.5m左右； 直接頂初次垮落后采至全高。 2）控制煤壁片幫關(guān)鍵； 3）支架防滑，防倒； 4）端頭支護(hù)及超前支護(hù)比一般綜采更重要； 5）一次采全厚比分層開采具有很多優(yōu)點(diǎn)。,大采高采煤法工藝特點(diǎn),控制煤壁片幫 帶壓移架，用第一護(hù)幫板臨時支護(hù)頂板，第二段護(hù)幫板支撐煤壁 加快工作面推進(jìn)速度； 用快硬膨脹水泥尼龍繩等錨桿加固煤壁； 在地質(zhì)條件允許時，俯采； 提高支架的初撐力。,大采高采煤法工藝特點(diǎn),支架防倒、防滑 (1

18、) 工作面呈偽斜推進(jìn) (2)工作面由下而上單向推移輸送機(jī) (3)及時調(diào)整液壓支架位置 (4)嚴(yán)格控制采高 (5)錨固工作面排頭、排尾液壓支架 (6)傾角大于10時，每10架液壓支架增設(shè)一個斜拉防倒千斤頂，當(dāng)傾角大于20時，每5架支架增設(shè)一個防倒千斤頂。,大采高采煤法工藝特點(diǎn),優(yōu)點(diǎn)： 工作面產(chǎn)量和效率大幅度提高； 回采巷道的掘進(jìn)量比分層減少了一半； 減少了假頂?shù)匿佋O(shè)； 減少了綜采設(shè)備搬遷次數(shù)，節(jié)省搬遷費(fèi)用，增加了生產(chǎn)時間； 設(shè)備投資比分層綜采大，其綜合經(jīng)濟(jì)效益明顯高于分層綜采； 提高了資源的采出率。,大采高采煤法的評價,不利因素： 采高越大，支架重量越大，如采高4.5 m，每架支架重約17.5

19、t；采高5 m時，則為22 t。采煤機(jī)、輸送機(jī)重量也將增大。 適用條件： 地質(zhì)構(gòu)造簡單、煤層厚度3.56.0 m、賦存穩(wěn)定、傾角小于12和頂板較穩(wěn)定的煤層。,大采高采煤法評價,厚煤層采煤方法放頂煤開采,放頂煤采煤法：是在厚煤層中，沿煤層底部布置一個采高23m的長壁回采工作面，用常規(guī)方法進(jìn)行回采，利用礦山壓力將工作面頂部煤層在工作面推進(jìn)過后破碎冒落，并將冒落頂煤予以回收的一種采煤方法。,厚煤層采煤方法放頂煤開采,放頂煤采煤法類型 按機(jī)械化程度和使用的支護(hù)設(shè)備不同： 綜采放頂煤 簡易放頂煤 (滑移頂梁支架鋪頂網(wǎng)、單體支柱型梁鋪頂網(wǎng)),厚煤層采煤方法放頂煤開采,放頂煤采煤法類型 按照賦存條件和采煤工

20、藝： 一次采全厚放頂煤 （6-12m厚煤層） 預(yù)采頂分層網(wǎng)下放頂煤 （12-20m左右，直接頂堅(jiān) 硬或高瓦斯） 傾斜分段放頂煤 （20m以上）,厚煤層采煤方法放頂煤開采,放頂煤支架類型 單輸送機(jī)高位放頂煤液壓支架 雙輸送機(jī)中位放頂煤液壓支架 雙輸送機(jī)低位放頂煤液壓支架 低位放頂煤支架放煤效果好,厚煤層采煤方法放頂煤開采,放頂煤工藝 割煤移架推前溜移后溜放煤。 放頂煤采煤法特點(diǎn)： 簡化巷道布置，減少巷道掘進(jìn)工作量； 提高采煤工效，降低噸煤生產(chǎn)費(fèi)用； 經(jīng)濟(jì)效益顯著； 對煤層厚度變化和地質(zhì)條件適應(yīng)性強(qiáng)； 采出率低、粉塵大、自然發(fā)火瓦斯積聚隱患較大。,放頂煤開采頂煤冒放性的研究,頂煤冒放性： 頂煤冒放性是頂煤本身冒落和放出及其難易程度的度量，亦即頂部煤體可冒性和可放性的總和。 影響頂煤冒放性的幾個因素： 開采深度、煤層厚度、煤層強(qiáng)度、夾矸、頂板巖層、煤體中的節(jié)理與裂隙 。,采煤系統(tǒng)分析,1、采區(qū)上下山長度的確定 采用膠帶機(jī)運(yùn)輸，角度不超過14，當(dāng)